【摘 要】
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在社会快速发展的过程中,水体污染问题日益严重,环境治理受到了越来越多研究者的关注。TiO2作为一种优异的多相光催化半导体,具有良好的稳定性、耐腐蚀性和廉价等特点,能够较好的应用于环境治理领域。然而TiO2有着较宽的禁带宽度,这就意味着其对太阳光的利用率极低,并且光催化过程中产生的光生e-与h+易复合这些缺点影响了二氧化钛的大规模的应用。本文对TiO2进行了多种修饰改性研究,主要研究内容如下:1、薄
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在社会快速发展的过程中,水体污染问题日益严重,环境治理受到了越来越多研究者的关注。TiO2作为一种优异的多相光催化半导体,具有良好的稳定性、耐腐蚀性和廉价等特点,能够较好的应用于环境治理领域。然而TiO2有着较宽的禁带宽度,这就意味着其对太阳光的利用率极低,并且光催化过程中产生的光生e-与h+易复合这些缺点影响了二氧化钛的大规模的应用。本文对TiO2进行了多种修饰改性研究,主要研究内容如下:1、薄膜的制备及性能研究本文使用了溶胶-凝胶法配制了TiO2和SiO2两种胶体,并通过浸渍提拉法制备了相应的薄膜。将干燥后的薄膜热处理后得到了所需的薄膜,通过不同体积比的TiO2/SiO2复合薄膜在紫外下对甲基绿溶液的光降解效果去探寻最佳体积比,最终确定了最佳体积比为2:1。2、离子掺杂TiO2/SiO2复合薄膜的性能研究在复合薄膜基础上进行离子掺杂以进一步提高薄膜的光降解性能。本文选择了十种具有代表性的离子元素包括非金属元素B、F、S,碱土金属元素Ca,过渡金属元素Fe、Co,稀土金属元素Y、La、Ce,贵金属元素Ag。离子掺杂后的光催化性能依旧采用在紫外下对甲基绿溶液的降解效果进行测定。首先通过确定十种离子的最佳浓度并选择光降解效果最优的离子作为第一个离子掺杂。在此基础上与其余的九种离子进行离子双掺杂,通过观察光降解效果去确定双掺杂下的离子最佳浓度并选择出最优的离子双掺杂组合。以最优双掺杂组合为主体,与其余的八种离子进行离子三掺杂实验,根据光降解甲基绿溶液的效果确定三掺杂离子的最佳浓度并选择出光催化效果优异的离子三掺杂组合,即为Ag/Co/B离子三掺杂。离子的最佳掺杂浓度分别为:Ag离子:7×10-3 mol/L,Co离子5×10-3 mol/L,B离子:15×10-3 mol/L。3、Ag/Co/B三掺杂TiO2/SiO2复合薄膜的光降解性能本文选择了甲基绿,甲醛,土霉素三种有机污染物作为降解物模型。紫外下分别对甲基绿,甲醛和土霉素溶液进行降解实验,实验结果表明了薄膜具有良好的光催化活性。为了观察改性后的薄膜是否提高了对光的吸收范围,在可见光下对甲基绿,甲醛和土霉素三种溶液进行光降解实验并绘制了降解动力曲线图,结果表明薄膜依旧具备良好的光降解能力。薄膜的稳定性在污水治理中有着重要的作用,可见光下薄膜对甲基绿、甲醛和土霉素三种溶液的三次循环降解实验,其结果进一步的说明了该膜的稳定性和优良的光降解活性。4、样品的表征以及光催化机理的探讨本文采用了X射线衍射分析（XRD）、比表面积与孔径分析（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、差热-热重分析（DTA-TG）、光致发光光谱分析（PL）、紫外可见漫反射光谱分析（UV-vis DRS）等表征手段对样品进行了全面的分析。XRD结果表明,Ag/Co/B离子三掺杂TiO2/SiO2复合薄膜为锐钛矿单晶。SiO2的加入能够很好的分散到TiO2当中去阻止板钛矿的生成,阻碍了锐钛矿向金红石发生转变。BET和SEM结果表明,与纯TiO2薄膜相比,该薄膜分散性良好并且具有更高的比表面积和更小的晶粒尺寸。DTA-TG结果表明,改性后的TiO2催化剂在450°C时具有良好的热稳定性。PL实验结果表明,SiO2和Ag/Co/B离子掺杂的协同效应下提高了h+/e-的分离效率。UV-vis DRS结果表明,该薄膜拓宽了光的吸收范围,其吸收边缘已经红移到了可见光区,其带隙能（2.47 e V）明显低于纯TiO2。最后,本文对Ag/Co/B三掺杂TiO2/SiO2复合薄膜提出了一种可能的光催化协同作用机理。
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